(57)【要約】【課題】入力光の位置を低くでき且つ小型化でき、しかも高アイソレーション特性を持たせ、ＬＤチップと共に単一のケース内に実装可能とする。【解決手段】ベース１０上に、第１の偏光子１２と第２の偏光子１４と第３の偏光子１６を光路に沿って間隔をおいて配列し、第１の偏光子と第２の偏光子の間に第１のファラデー素子２０を、第２の偏光子と第３の間に第２のファラデー素子２２を挿入し、第１のファラデー素子と第２のファラデー素子の一方を光アイソレータ用、他方を光アッテネータ用とし、それら第１及び第２のファラデー素子に光路方向の固定磁界を印加する固定磁界印加手段（永久磁石３０）と、光アッテネータ用のファラデー素子に光路方向に垂直な可変磁界を印加する可変磁界印加手段（電磁石３８）とを設け、光アイソレータ機能を付加した可変光アッテネータモジュールである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース上に、第１の偏光子と第２の偏光子と第３の偏光子を光路に沿って間隔をおいて配列し、第１の偏光子と第２の偏光子との間に第１のファラデー素子を、第２の偏光子と第３の偏光子との間に第２のファラデー素子を挿入し、第１のファラデー素子と第２のファラデー素子の一方を光アイソレータ用、他方を光アッテネータ用とし、それら第１及び第２のファラデー素子に光路方向の固定磁界を印加する固定磁界印加手段と、光アッテネータ用のファラデー素子に光路に直交する方向の可変磁界を印加する可変磁界印加手段を設け、光アイソレータ機能を付加した可変光アッテネータモジュール。
【請求項２】
固定磁界印加手段が、光路から外れるようにベース上に設置した柱状の永久磁石あるいは光路を跨ぐようにベース上に設置した逆Ｕ型の永久磁石からなる請求項１記載の可変光アッテネータモジュール。
【請求項３】
可変磁界印加手段が、Ｃ型の磁気ヨークと、その中央に巻装したコイルからなる電磁石であり、磁気ヨークのギャップ内にファラデー素子が挿入され、コイルが該ファラデー素子の上方に位置する向きで、ベース上に設けられている請求項１又は２記載の可変光アッテネータモジュール。
【請求項４】
偏光子に直線偏光子を用いた偏光依存型の請求項１乃至３のいずれかに記載の可変光アッテネータモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の可変光アッテネータモジュールの光路の前後に第１のレンズと第２のレンズが位置すると共に、該第１のレンズに対向するように半導体レーザチップが位置し、それらが前記可変光アッテネータモジュールのベース上に取り付けられ、第２のレンズに対向するように光ファイバフェルールを装着したケース内に収容されているＬＤアッテネータモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アイソレータ機能を備えた可変光アッテネータに関し、更に詳しく述べると、偏光子と永久磁石の一部を共用し、電磁石の構造と向きを工夫することで小型化を図ると共に、光路の位置を低くし、それによって半導体レーザダイオード（ＬＤ）チップと共に単一のケース内に収容可能とした可変光アッテネータモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平９−６１７７０号公報
【０００３】
光通信システムあるいは光計測システムなどでは、透過光量を可変制御するためのデバイスである可変光アッテネータが組み込まれている。また、反射戻り光の影響を除去するために光アイソレータが必要に応じて用いられる。特に半導体レーザダイオード（ＬＤ）は、反射戻り光により動作が不安定となる恐れがあるため、通常、光アイソレータと組み合わせて使用される。
【０００４】
可変光アッテネータは、第１の偏光子とファラデー素子と第２の偏光子を光路に沿って順に配置し、永久磁石によってファラデー素子に飽和磁界を印加すると共に、電磁石によって該ファラデー素子に異なる向きの可変磁界を印加する構造である。ファラデー素子と永久磁石と電磁石がファラデー回転角可変装置を構成しており、ファラデー素子に２方向以上から外部磁界を印加し、それらの合成磁界を変化させることにより、ファラデー素子を透過する光のファラデー回転角を制御している。このようなファラデー回転角可変装置は、例えば、特許文献１に開示されており、そこでは固定磁界を印加する手段としてブロック形状の永久磁石を光路の上下に配置する構成を採用している。
【０００５】
典型的には、光路に平行な飽和磁界を印加したとき９０度以上のファラデー回転角を生じるファラデー素子を用い、第１の偏光子と第２の偏光子における光学軸の角度差を最大ファラデー回転角に一致させて配置し、電磁石による印加磁界方向を光路に直交する方向とし、永久磁石による固定磁界と電磁石による可変磁界との合成磁界をファラデー素子に作用させる。電磁石による印加磁界が０のときファラデー回転角は最大（例えば９０度）となり、第１の偏光子と第２の偏光子における光学軸の角度差をこのファラデー回転角と一致させてあるので、光は第２の偏光子を通過し出力する。それに対して電磁石による印加磁界を十分大きくするとファラデー回転角は最小（例えば０度）となる。このとき第２の偏光子の光学軸と直交することになり光は出力しない。このようにして、ファラデー回転角の制御によって出力光の光量（言い換えると光減衰量）が制御される。しかし、この構成では通常の光アイソレータのような高アイソレーション特性は得られ難い。
【０００６】
他方、光アイソレータは、周知のように、第１の偏光子と４５度ファラデー素子と第２の偏光子を光路に沿って順に配置し、永久磁石によってファラデー素子に光路方向の飽和磁界を印加する構造である。ファラデー素子と永久磁石が４５度ファラデー回転子を構成している。第１の偏光子と第２の偏光子における光学軸の角度差は４５度に設定されている。永久磁石は円筒形状であることが多く、その内部にファラデー素子が配置される。
【０００７】
光アイソレータは、順方向では、入力光のうち第１の偏光子の光学軸に平行な直線偏光成分は該第１の偏光子を通過し、ファラデー素子によって偏光面が４５度回転して第２の偏光子に入力する。第２の偏光子の光学軸は第１の偏光子の透過光の偏光面に対して４５度傾いているので、ファラデー素子からの光は、第２の偏光子をそのまま通過する。それに対して逆方向では、入力光のうち第２の偏光子の光学軸に平行な直線偏光成分は該第２の偏光子を通過し、ファラデー素子によって偏光面が４５度回転する。偏光面の回転方向は、順方向の場合と同じなので、直線偏光の方向が第１の偏光子の光学軸と直交することになり、第１の偏光子で光は遮断されるため戻らない。これにより、高アイソレーション特性を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで光通信システムあるいは光計測システムなどでは、可変光アッテネータ（ＶＯＡ）を半導体レーザダイオード（ＬＤ）と組み合わせて使用する場合がある。しかし、低アイソレーション時には反射戻り光が多くなるため、ＬＤ等の動作に支障をきたす恐れがある。そこで、ＬＤの動作に影響を与える反射戻り光を除去するために、従来技術では、別途光アイソレータを光路に挿入する必要があった。
【０００９】
可変光アッテネータは、光路の上下にブロック状の永久磁石を配置しており、光アイソレータは、円筒状の永久磁石を用いているために、光路の高さ方向についての位置が高くなり、しかも上記のように両者を光路に沿って縦続配置しなければならないため、高さ方向にも長手方向にも大型化する欠点があった。
【００１０】
簡素化し取り扱いやすくするため、可変光アッテネータや光アイソレータをＬＤチップと共に単一のケース内に収容することが考えられるが、特に光路の位置が高いとＬＤチップからの入力光との結合が難しいし、しかも全体に大型化するため、従来構造そのままでは単一のケース内には到底収容できない。
【００１１】
本発明の目的は、光路の位置を低くでき且つ小型化でき、しかも高アイソレーション特性を備えた可変光アッテネータモジュールを提供することである。本発明の他の目的は、ＬＤチップと共に可変光アッテネータモジュールを単一のケース内に実装でき、取り扱い易くできるようにしたＬＤアッテネータモジュールを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベース上に、第１の偏光子と第２の偏光子と第３の偏光子を光路に沿って間隔をおいて配列し、第１の偏光子と第２の偏光子との間に第１のファラデー素子を、第２の偏光子と第３の偏光子との間に第２のファラデー素子を挿入し、第１のファラデー素子と第２のファラデー素子の一方を光アイソレータ用、他方を光アッテネータ用とし、それら第１及び第２のファラデー素子に光路方向の固定磁界を印加する固定磁界印加手段と、光アッテネータ用のファラデー素子に光路に直交する方向の可変磁界を印加する可変磁界印加手段を設け、光アイソレータ機能を付加した可変光アッテネータモジュールである。
【００１３】
ここで固定磁界印加手段は、光路から外れてベース上に設置した柱状の永久磁石あるいは光路を跨ぐようにベース上に設置した逆Ｕ型の永久磁石からなる。例えば、光路を挟むように柱状の永久磁石を対とし、その磁石対を光アッテネータ用のファラデー素子の前後（入力側と出力側）に配置する構成、あるいは逆Ｕ型（馬蹄形）の永久磁石を光アッテネータ用のファラデー素子の前後（入力側と出力側）に配置する構成、一方を柱状の永久磁石の対とし他方を逆Ｕ型の永久磁石とする構成などが好ましい。これらにおいて、片側の永久磁石の対あるいは逆Ｕ型永久磁石の内部に光アイソレータ用のファラデー素子を配置するのが好ましい。偏光子としては各種の直線偏光子を用いることができ、その場合には偏光依存型となる。
【００１４】
可変磁界印加手段は、Ｃ型の磁気ヨークと、その中央に巻装したコイルからなる電磁石である。磁気ヨークのギャップ内にファラデー素子を挿入し、コイルが該ファラデー素子の上方に位置する向きでベース上に設ける。
【００１５】
また本発明は、上記のような可変光アッテネータモジュールの光路の前後に第１のレンズと第２のレンズが位置すると共に、該第１のレンズに対向するように半導体レーザチップが位置し、それらが可変光アッテネータモジュールのベース上に取り付けられ、第２のレンズに対向するように光ファイバフェルールを装着した単一のケース内に収容されているＬＤアッテネータモジュールである。
【００１６】
【実施例】
図１は、本発明に係る可変光アッテネータモジュールの一実施例を示す斜視図であり、その各部品の光路方向の配列状況を図２に示す。この可変光アッテネータモジュールは、単一のベース１０上に必要な各種光部品などを実装した構造である。第１の偏光子１２と第２の偏光子１４と第３の偏光子１６を光路に沿って間隔をおいて配列し、第１の偏光子１２と第２の偏光子１４との間に第１のファラデー素子２０を、第２の偏光子１４と第３の偏光子１６との間に第２のファラデー素子２２を挿入する。そして、第１及び第２のファラデー素子２０，２２に光路方向の固定磁界を印加し磁気飽和させる固定磁界印加手段と、第２のファラデー素子２２に光路方向に直交する方向の可変磁界を印加する可変磁界印加手段を設ける。ここでは、第１の偏光子１２と第１のファラデー素子２０と第２の偏光子１４の部分が光アイソレータ部２６を構成し、第２の偏光子１４と第２のファラデー素子２２と第３の偏光子１６の部分が可変光アッテネータ部２８を構成している。
【００１７】
ここで第１〜第３の偏光子１２，１４，１６は、いずれも吸収型偏光子、偏光ガラス（商品名ポーラコア、キューポなど）、あるいは積層型偏光子等であり、それらの光学軸は互いに平行な面内にあり且つ所定の角度差をもつように配置されている。第１の偏光子１２と第２の偏光子１４は光学軸が４５度の角度差を有する関係にあり、第２の偏光子１４と第３の偏光子１６は光学軸が光路方向に見て９０度以上の所定の角度差を有する関係にある。第１及び第２のファラデー素子２０，２２は、例えばＬＰＥ（液相エピタキシャル）法により育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなる。その他、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶等でもよい。ここでは第１のファラデー素子２０が光アイソレータ用であり磁気飽和によって４５度のファラデー回転角を生じる膜厚とし、第２のファラデー素子２２が光アッテネータ用であり磁気飽和によって９０度以上のファラデー回転角を生じる膜厚とする。
【００１８】
固定磁界印加手段は、光路の妨げとならないようにベース上に設置した合計４個の四角柱状の永久磁石３０からなる。各永久磁石３０としては、例えば、Ｓｍ−Ｃｏ（サマリウム−コバルト）系磁石などが好適である。光路を挟むように永久磁石を対とし（図３のＡ参照）、その磁石対を光アッテネータ用の第２のファラデー素子２２の前後（入力側と出力側）に配置する。ここでは、一方の磁石対（入力側の磁石対）は第１のファラデー素子２０を挟むように位置している。各永久磁石３０は、いずれも光路方向で同じ向きに着磁されている。これら４個の永久磁石３０によって、第１及び第２のファラデー素子２０，２２に光路方向の固定磁界を印加し、それによって第１及び第２のファラデー素子２０，２２は磁気飽和する。
【００１９】
棒状の永久磁石の対に代えて、図３のＢに示すような逆Ｕ型（馬蹄形）の永久磁石３２を光アッテネータ用のファラデー素子の前後（入力側と出力側）に配置する構成でもよい。勿論、一方を柱状の永久磁石の対とし他方を逆Ｕ型の永久磁石とする構成でもよい。
【００２０】
可変磁界印加手段は、図３のＣにも詳細に示されているように、Ｃ型の磁気ヨーク３４と、その中央に巻装したコイル３６からなる電磁石３８である。磁気ヨーク３４のギャップ内にファラデー素子２２が挿入され、コイル３６が該ファラデー素子２２の上方に位置する向きで、ベース１０上に設ける。小型化のためにボビンレスとする。磁気ヨーク３４にテープを巻いて絶縁層を形成し、その上に数百ターンの巻線を施しコイル３６を形成する。コイル３６に通電することによって、ギャップ間に磁界が生じ、第２のファラデー素子２２に光路に直交する方向の可変磁界が印加される。
【００２１】
ベース１０は、例えばステンレス鋼製の板状体であり、各部品は位置決め後に接着剤によって上面に固定され、全体が一体化されている。必要に応じて、ベース１０にカバー４０を被せるようにしてもよい。永久磁石と電磁石を上記のような構造にすることにより、光路の位置を低くすることが可能となる。ＬＤチップと共に単一のケース内に組み込むには、ベース上面（部品実装面）から光路位置までの高さＨを１ｍｍ程度以下に抑えることが要求されるが、上記のような構造とすると、それが可能となる。
【００２２】
このような可変光アッテネータモジュールの動作について、以下説明する。順方向では、入力光は、第１の偏光子１２で直線偏光となり、第１のファラデー素子２０によってその偏光面が４５度回転して第２の偏光子１４に入力する。第２の偏光子１４の光学軸は第１の偏光子１２の光学軸に対して４５度の角度差を有しているので、第１のファラデー素子２０で４５度偏光面が回転した光は第２の偏光子１４をそのまま通過する。
【００２３】
第２の偏光子１４を通過した光は、第２のファラデー素子２２へと入力する。第２のファラデー素子２２には、永久磁石３０による光路方向の固定磁界と電磁石３８による光路に直交する方向の可変磁界との合成磁界が作用する。この合成磁界の方向は、電磁石３８による可変磁界の大きさによって変化し、それに伴い第２のファラデー素子２２におけるファラデー回転角も０〜９０度の範囲で変化する。そして偏光面が任意の角度回転した光は第３の偏光子１６に入力し、その光学軸に平行な偏光成分が出力する。従って、ファラデー回転角が最大となる時に最小減衰量が得られ、ファラデー回転角が最小の時に最大減衰量が得られる。
【００２４】
なお、第２の偏光子１４の側から逆方向に入る戻り光は、第２の偏光子１４の光学軸に一致する偏光面を有する直線偏光成分のみが第２の偏光子１４を通過するが、第１のファラデー素子２０によって偏光面が４５度回転する。偏光面の回転方向は、順方向の場合と同じなので、偏光面は第１の偏光子１２の光学軸とは直交することになる。これにより、高アイソレーション特性が得られる。
【００２５】
上記の実施例では光アイソレータ部２６を可変光アッテネータ部２８の前段に設けているが、後段に設けてもよい。その構成例を図４に示す。説明を簡略化するために、前記実施例と対応する部品には同一符号を付す。第３の偏光子１６の出力側に第１の偏光子１２を設置する。即ち、第２の偏光子１４、第３の偏光子１６、第１の偏光子１２の順に配列する。そして第１のファラデー素子２０は、第３の偏光子１６と第１の偏光子１２の間に設ける。
【００２６】
可変光アッテネータ部２８では、永久磁石３０の固定磁界と電磁石３８の可変磁界による合成磁界によって所定の角度のファラデー回転が生じて、第３の偏光子１６の光学軸に平行な成分の直線偏光が出力する。従って、その分だけ減衰が生じる。出力した直線偏光は、第１のファラデー素子２０によって偏光面が４５度回転し第１の偏光子１２に入力する。第１の偏光子１２の光学軸は第３の偏光子の光学軸に対して４５度の角度差を有しているので、第１のファラデー素子２０で４５度偏光面が回転した光は第１の偏光子１２を通過する。
【００２７】
第１の偏光子１２の側から逆方向に入る戻り光は、第１の偏光子１２の光学軸に一致する偏光面を有する直線偏光成分のみが第１の偏光子１２を通過するが、第１のファラデー素子２０によって偏光面が４５度回転する。偏光面の回転方向は、順方向の場合と同じなので、第３の偏光子１６の光学軸と直交することになる。このため逆方向の光の通過が阻止され、高アイソレーションを得ることができる。
【００２８】
本発明において、固定磁界印加手段である永久磁石は、上記実施例のように、柱状の永久磁石を使用する場合には４個を対称的に分散配置しファラデー素子に均一な磁界を印加するように構成するのが好ましい。しかしファラデー素子に十分な磁界を与えることができるならば、必ずしも複数個使用する必要はなく、１個でもよい。永久磁石の使用個数が多いほど均一で強力な磁界を印加できるが、部品点数が多くなり、組み立て難く大型化する恐れがあるため、柱状の永久磁石の場合は４個程度、逆Ｕ型の永久磁石の場合には２個程度用いる構成が最適である。
【００２９】
上記のような可変光アッテネータモジュールを組み込んだＬＤアッテネータモジュールの例を図５に示す。大きめの共通のベース５０上に可変光アッテネータモジュール５２を構成する各部品を搭載する。そして、可変光アッテネータモジュール部分５２の光路の前後に第１のレンズ５４と第２のレンズ５６を設けると共に、該第１のレンズ５４に対向するようにヒートシンク５８を介して半導体レーザチップ６０を設ける。つまり必要な部品の全てが共通のベース５０上に取り付けられ、このベース５０は可変光アッテネータモジュールで用いるベースに相当するものである。複数のリード６２を備えたケース６４内にペルチェ素子６６を設け、その上に、各部品を搭載したベース５０を設置する。そして、第２のレンズ５６に対向するように光ファイバフェルール６８をケース６４に装着する。このようにして単一のケース６４内に収容された構造のＬＤアッテネータモジュールが得られる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記のように、光アイソレータ部と可変光アッテネータ部で必要な部品を一部共用することにより、モジュール全体の小型化を図り、可変光アッテネータ機能に高アイソレーション特性を持たせることができる。また本発明では、ファラデー素子に固定磁界を印加する永久磁石を柱状もしくは逆Ｕ型とすると共に可変磁界を印加する電磁石の構造と向きを工夫しているため、光路の位置を低くすることができ、それによってＬＤチップと共に単一のケース内に実装したＬＤアッテネータモジュールを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変光アッテネータモジュールの一実施例を示す斜視図。
【図２】その光路に沿った部品配列状態を示す説明図。
【図３】固定磁界印加手段と可変磁界印加手段の例を示す説明図。
【図４】本発明に係る可変光アッテネータモジュールの他の実施例の説明図。
【図５】ＬＤアッテネータモジュールの説明図。
【符号の説明】
１０  ベース
１２  第１の偏光子
１４  第２の偏光子
１６  第３の偏光子
２０  第１のファラデー素子
２２  第２のファラデー素子
２６  光アイソレータ部
２８  可変光アッテネータ部
３０  永久磁石
３４  磁気ヨーク
３６  コイル
３８  電磁石
【図１】
2005055554.tif 000003
【図２】
2005055554.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005055554.tif 000006
【図５】
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